ційність елементів і наявність різних факторів, що призводять до затримки поширення сигналу, призводять до затримки появи вихідних сигналів КУ, тобто сигнали на виході КУ, відповідні нового стану вхідних сигналів, з'являються не відразу, а з деякою затримкою. При цьому в перехідний період можлива поява на виходах пристрою деяких проміжних значень сигналів, які не відповідають заданим станом пристрою. Таке явище отримало назву змагань або гонок. Зазвичай, вироблювані вузлами КУ проміжні значення сигналів, являють собою імпульси дуже малої тривалості, що є перешкодою для всієї цифрової системи. Вони можуть запускати непередбачене спрацьовування тригерів, лічильників і здійснювати небажані записи в регістри.
Малюнок 7 - Фрагмент схеми КУ, який ілюструє виникнення
«перегонів» сигналів
Розглянемо як приклад фрагмент схеми комбінаційного пристрою (рис.7), де може спостерігатися явище гонок. Для наочності процесу формування проміжного значення вихідного сигналу наведені часові діаграми станів різних ланцюгів поширення в ідеальному і реальному випадках (рис.8, рис. 9).
Рисунок 8 - Часові діаграми показують процес гонок:
а) в ідеальному випадку; б) в реальному випадку
Час затримки імпульсів в ланцюгах визначається середнім часом затримки поширення сигналу усіма елементами цього ланцюга. Момент часу появи імпульсу перешкоди визначається співвідношенням числа инвертирующих елементів в конкуруючих ланцюгах фрагмента схеми КУ (див. Рис.8, а і рис.9).
Як випливає з рис.8, а, якщо елементи схеми ідеальні, т. е. безінерційні, (що на практиці досягти не вдається), на виході схеми КУ імпульс перешкоди відсутня. Однак у реальних схемах завжди має місце явище гонок і потрібно створити такі схеми, в яких вплив цього явища усувається. Існує три найбільш часто зустрічаються способу боротьби з гонками:
тактирование;
побудова протиугінних схем;
облік мінімального часу затримки поширення сигналу.
Рисунок 9 - Тимчасові діаграми, що пояснюють роботу КУ
у випадку з реальними ЛЕ
Приклад реалізації тактирования циклу роботи комбінаційного пристрою (рис.10).
Малюнок 10 - Фрагмент схеми КУ з тактуванням вихідного сигналу за допомогою трехвходового елемента кон'юнкції
Повернемося до курсового проекту. Наслідки гонок можуть бути різними, але, в будь-якому випадку, з ними необхідно боротися. Так як в завданні не пред'являється жорстких вимог до швидкодії розробляється схеми, але при цьому рекомендується використання якомога менших апаратних засобів, для боротьби з гонками сигналів виберемо найбільш простий і вигідний спосіб - зниження робочої частоти схеми.
Таблиця 7 - Затримки перемикань ІМС
Тип ІМСВремя затримки з 0 в 1Время затримки з 1 в 0К155КП133нс35нсКР1533ЛА312нс12нсКР1533ЛА421нс14нс
Найбільш довгим ланцюгом, що містить ці елементи, є ланцюг розповсюдження сигналу логічної змінної А - через двухвходового елемент DD1.1 (12 нс), двухвходового елемент DD5.1 ??(12 нс), трехвходових елемент DD6.2 (21/14 нс) і мультиплексор DD7 (33/35 нс) і двухвходового DD5.3 (12 нс).
Сумарна затримка обраної для аналізу ланцюга елементів, при переході з логічного нуля в логічну одиницю складе
+ 12 + 21 + 33 + 12=90 нс.
Зворотне перемикання буде відбуватися протягом
+ 12 + 14 + 35 + 12=95 нс.
Тривалість дії позитивного імпульсу на вході 240 нс. Діаграми, що ілюструють процес поширення сигналів в обраній для аналізу ланцюга зображені на малюнку 11.
Малюнок 11- Поширення сигналу логічної змінної А
Тепер можна розрахувати максимальну робочу частоту схеми за простою формулою:
; (3)
Гц.
. Розрахунок споживаної потужності
Довідкові дані про споживаних статичних потужностях використовуваних мікросхем наведені в таблиці 8.
Таблиця 8
Тип мікросхеми
Чи не болееКолічество мВтмВтмВтК155КП135375 146,1К1533ЛА39,6657,6К1533ЛА413,5113,5
Споживана схемою потужність залежить від частоти, на якій вона працює. Тому для розрахунку динамічної потужності скористаємося формулою:
піт=U2піт (Свн + Cн) Fmax. (4)
Знайдемо динамічну потужність, споживану одним двухвходового логічним елементом:
Вт
Знайдемо динамічну потужність, споживану одним трех...
