WikiDer > Логика с тремя состояниями

Three-state logic

В цифровом электроника три государства, три государства, или же 3-состояние логика позволяет выходному или входному контакту / контактной площадке принимать высокий импеданс состояние, эффективно удаляя выход из схемы, в дополнение к 0 и 1 логические уровни.

Это позволяет нескольким схемам использовать одну и ту же выходную линию или линии (например, автобус который не может прослушивать более одного устройства одновременно).

Выходы с тремя состояниями реализованы во многих регистры, водители автобусов, и шлепки в 7400 и 4000 серии, а также в других типах, но и внутри многих интегральные схемы. Другие типичные применения - внутренние и внешние шины в микропроцессоры, память компьютера, и периферийные устройства. Многие устройства управляются активный низкий ввод называется OE (Разрешение выхода), который определяет, должны ли выходы удерживаться в состоянии высокого импеданса или управлять соответствующими нагрузками (на 0 или 1 уровень).

Период, термин три государства[1][нужна цитата]не следует путать с троичная логика (3 значения логика).

ВХОДВЫХОД
АBC
00Z (высокий импеданс)
1Z (высокий импеданс)
010
11
Буфер с тремя состояниями можно рассматривать как переключатель. Если B горит, переключатель замкнут. Если B выключен, переключатель разомкнут.

Использует

Основная идея третьего состояния, высокого импеданса (Hi-Z), заключается в том, чтобы эффективно устранить влияние устройства на остальную часть цепи. Если более одного устройства электрически подключено к другому устройству, перевод выхода в состояние Hi-Z часто используется для предотвращения коротких замыканий, или одно устройство работает с высоким уровнем (логическая 1) против другого устройства с низким уровнем (логический 0).

Буферы с тремя состояниями также могут использоваться для реализации эффективных мультиплексоры, особенно с большим количеством входов.[2]

Буферы с тремя состояниями необходимы для работы совместно используемого электронный автобус.

Логика с тремя состояниями может уменьшить количество проводов, необходимых для управления набором светодиодов (мультиплексирование с тремя состояниями или Чарлиплексинг).

Разрешение вывода и выбор микросхемы

Многие устройства памяти, предназначенные для подключения к шине (например, микросхемы RAM и ROM), имеют как CS (выбор чипа) и OE (разрешение вывода), которые на первый взгляд делают то же самое. Если CS не заявлено, выходы имеют высокий импеданс.

Разница заключается во времени, необходимом для вывода сигнала. Когда выбор микросхемы отменен, микросхема не работает внутренне, и между предоставлением адреса и получением данных будет значительная задержка. (Преимущество, конечно, в том, что в этом случае чип потребляет минимальную мощность.)

Когда заявлен выбор микросхемы, внутренняя микросхема выполняет доступ, и только окончательные выходные драйверы отключаются путем отмены разрешения вывода. Это можно сделать, пока шина используется для других целей, и когда наконец разрешено разрешение вывода, данные появятся с минимальной задержкой. Микросхема ПЗУ или статического ОЗУ с линией разрешения вывода обычно указывает два времени доступа: одно из утвержденного выбора кристалла и действительного адреса, а второе, более короткое время, начинается, когда заявлено разрешение вывода.

Использование подтягиваний и опусканий

Когда выходы имеют тройное обозначение (в состоянии Hi-Z), их влияние на остальную часть схемы удаляется, и узел схемы будет «плавающим», если никакой другой элемент схемы не определяет его состояние. Разработчики схем часто используют подтягивающие или понижающие резисторы (обычно в диапазоне 1–100 кОм), чтобы влиять на схему, когда выход является трехзначным.

В Локальная шина PCI обеспечивает подтягивающие резисторы, но им потребуется несколько тактовых циклов, чтобы поднять сигнал на высокий уровень, учитывая большие распределенные емкость. Чтобы обеспечить высокоскоростную работу, протокол требует, чтобы каждое устройство, подключенное к шине, выдавало важные управляющие сигналы высокого уровня по крайней мере в течение одного тактового цикла перед переходом в состояние Hi-Z. Таким образом, подтягивающие резисторы отвечают только за поддержание сигналов шины перед лицом ток утечки.

Intel называет это соглашение «устойчивым три состояния» и также использует его в Низкое количество контактов автобус.

Альтернативы трехгосударственному автобусу

В открытый коллектор ввод / вывод - популярная альтернатива логике с тремя состояниями. Например, I²C протокол шины (протокол двунаправленной шины связи, часто используемый между устройствами) определяет использование подтягивающих резисторов на двух линиях связи. Когда устройства неактивны, они «освобождают» линии связи и переводят свои выходы в три состояния, тем самым устраняя их влияние на схему. Когда все устройства на шине «освободили» линии связи, единственное влияние на схему - это подтягивающие резисторы, которые подтягивают линии высоко. Когда устройство хочет установить связь, оно выходит из состояния Hi-Z и переводит линию в низкий уровень. Устройства, обменивающиеся данными по этому протоколу, либо позволяют линии поддерживать высокий уровень, либо понижают уровень - таким образом предотвращается конфликтная ситуация на шине, когда одно устройство устанавливает высокий уровень, а другое - низкий.

Рано микроконтроллеры часто есть некоторые контакты, которые могут действовать только как вход, другие контакты могут действовать только как двухтактный выход, и несколько контактов, которые могут действовать только как открытый коллектор ввод, вывод. Типичный современный микроконтроллер имеет много трех состояний ввод / вывод общего назначения контакты, которые можно запрограммировать для работы в качестве любых из этих типов контактов.

А трехгосударственный автобус обычно используется между микросхемами на одном печатная плата (PCB), а иногда и между печатными платами, подключенными к общему объединительная плата.

Использование логики с тремя состояниями не рекомендуется для соединений на кристалле, а скорее для соединений между кристаллами.[3]

Буферы с тремя состояниями, позволяющие нескольким устройствам обмениваться данными на шина данных можно функционально заменить на мультиплексор.[4] Это поможет выбрать выход из ряда устройств и записать его на шину.

Смотрите также

Примечания и ссылки

  1. ^ Tri-state - зарегистрированная торговая марка National Semiconductor, но часто используется для описания устройств любого производителя.
  2. ^ Хилл, Уинфилд; Горовиц, Пол (1989). Искусство электроники. Издательство Кембриджского университета. С. 495–497. ISBN 0-521-37095-7.
  3. ^ 경종민, Встроенные шины / сети для SoC «Встроенные шины [не имеют] сигналов с тремя состояниями [потому что] шина с тремя состояниями затруднена для статического временного анализа»
  4. ^ «Три состояния буфера».

внешняя ссылка