Ayrık mantık tasarımı

Basit bir alarm cihazı oluşturmakla görevlendirildim. Sadece birkaç girişi ölçmek gerekiyor ve çıkışlar buna göre cevap verecek (çok basit bir şekilde!). Bana göre, birkaç ayrık mantık kapısının kullanılması işi halledecek gibi görünüyordu, ancak (benimle çalışan) bir meslektaşım bunun yerine programlanabilir mantık kullanmamız gerektiğine karar verdi. Davası kazandı, çünkü birincisi, benden daha kıdemli ve ikincisi, ana argümanı programlanabilir cihazların gelecek olması ve geleceğe dönük ürünler yapmak istiyoruz.

Benim sorum, birkaç ayrık mantık kapısı tarafından kolayca uygulanabilecek bir tasarımınız varsa, artık ayrık mantık ile tasarlamaya değer mi? Bunları programlanabilir olarak kullanmanın herhangi bir avantajı var mı? Yoksa yavaşça tamamen programlanabilir mantıkla aşamalı olarak kaldırılacak mı? Açık olmak gerekirse, 'Ben böyle olduğuna inanıyorum' ya da 'şahsen bunu düşünüyorum ama ...' cevaplarını istemiyorum. Programlanabilir ve farklı programlanabilirlik üzerine gerçek bir avantaj olup olmadığını bilmek istiyorum. bu günlerde tüketici elektroniği ürünlerinde tasarım yapmaya değer mi?

Ayrık mantık tasarımı tamamen aşamalı olarak kaldırılmaz. Ayrık bir mantık IC'sinin tercih edilebilir olduğu uygulamalar her zaman olacaktır. Belirtildiği gibi, hız büyük bir avantajdır, ancak birçok uygulamada hız farkı o kadar da önemli değildir.

Tasarım aşaması söz konusu olduğunda, devrenin farklı noktalarında sadece 2 veya 3 basit mantık işlevi gerçekleştirmesi gereken bir devre tasarlarsanız, sadece yazmak zorunda kalmadan tasarım süresinden tasarruf etmek için ayrı kapıları kullanmak daha iyi olacaktır. program da.

Daha karmaşık mantık işlevleri yapması gereken sistemler için, her zaman bir doğruluk tablosu üzerinde çalışmak, daha sonra küçük bir program yazabileceğiniz zaman hangi mantık kapılarının nereye gittiğini bulmak saçma olurdu. Genellikle, daha fazla girdi, daha fazla kapıya ihtiyaç duyulduğu ve ayrık tasarımın daha uzun sürdüğü anlamına gelir.

Ayrık mantığın gerçekten avantajı olduğu yer öğrenmedir. İlk olarak mantık tasarımını ve kapıların nasıl çalıştığını vb. Öğrendiğinizde, gerçek mantık kapıları ile başa çıkmak ve ayrık parçalarla farklı işlevler tasarlamak harika. Temelleri anlamak için her zaman iyi bir fikir. Bu nedenle, ayrık mantığın bu dünyada her zaman bir yeri olacaktır. Tüketici elektroniği gelince? Gelecek kesinlikle programlanabilir.

Hiç profesyonel bir elektronik mühendisi değilim (aslında sadece yeni başlayanlar), ancak birkaç sentim özel ayrık mantık IC'lerinin sadece zamanlama önemliyse veya programlanabilir mantık kullanmama şartıysa kullanılması gerektiğidir.

Mikrodenetleyici ile çok daha karmaşık bir mantık uygulayabilirsiniz ve daha esnektir. Ayrıca donanımı değiştirmek zorunda kalmadan yeniden programlanabilir.

Ayrıca, yazılımın takip edemeyeceği çok hızlı zamanlamalar gerektiğinde, özel mantık IC'leri kullanılabilir. Ancak bir alarm sistemi için bu gereksiz görünmektedir (nanosaniye tepki süresine gerek yoktur).

Avantajları / dezavantajları yorumum aşağıdadır:

                          Discrete logic (ICs)      Programmable logic/
                                                    (Microcontrollers)
 Nanosecond speed                  x                         -
 Just a few 'operators' needed     x                         -
 No tool chain needed              x                         -
 Cost Efficiency *                 -                         x
 PCB / proto size                  -                         x
 Flexibility for changing          -                         x
 Production cost                   -                         x
 Possibility to extend features    -                         x

* Assuming more than a few (different) logic functions needed

Ticari bir ürün yaratacaksanız, "programlanabilir" veya daha kıdemli bir meslektaşım önerdiği için bir tasarım seçmemelisiniz. Bunun yerine , her bir tasarımla ilişkili riskleri ve maliyetleri tahmin etmeli ve en düşük maliyet ve kabul edilebilir risk düzeyine sahip olanı seçmelisiniz. Başlangıç ​​için:

• bireysel bileşenlerin fiyatı maliyete katkıda bulunur
• Gerekli PCB boyutu ve karmaşıklığı maliyete katkıda bulunur
• gerekli tasarım çabası ve araçları maliyete katkıda bulunur
• Gerekli test ve belgelendirme maliyete katkıda bulunur

• esneklik eksikliği (örn. yeni bir PCB gerektiren ayrık mantıktaki değişiklikler) bir risktir
• ekibinizde belirli bir teknoloji ile deneyim eksikliği bir risktir
• proje gereksinimlerini karşılayamama (örn. hedef güç tüketimi) bir risktir

Özel projeniz için ayrık mantık IC'leri tedarik etmek daha ucuzsa, ekibiniz bu tür tasarım konusunda deneyime sahiptir ve esnekliğin eksikliğinin kritik olmadığını düşünürseniz, ayrık mantığı kullanmamanız için hiçbir neden yoktur.

Diğer cevapların unuttuğu bir husus da güvenlik. Ayrık mantık devreleri, çok daha karmaşık mikrodenetleyici tasarımlarından çok daha güvenilirdir. Bir hidrojen prototip otomobilinin inşasına yardım ettim, tüm güvenlik devreleri ayrık mantık kullanılarak tasarlandı. Güvenlik ve güvenilirlik, bir alarm sistemi tasarlamayı düşünmek isteyebileceğiniz bir özelliktir.

İtiraf etmeliyim ki, ne zaman karmaşık bir kombinatoryal mantık ve bazı zamanlayıcılar yapmak zorunda kalsam, hiç ayrık mantıkla uğraşmıyorum ama her zaman bir ATtiny için minimal bir derleyici programını kodluyorum (daha iyi isterseniz bir PIC kullanın).

Kombinatoryal mantık maksimum 20 satır montajcıdır (birkaç arama tablosu). Her yazılım zamanlayıcısı 10 satır daha ekler. Donanım zamanlayıcıları daha da az. İhtiyacınız olursa, bir A / D dönüştürücü, Karşılaştırıcı, PWM jenerasyonuna sahip olmanın avantajını da elde edersiniz.

Tek dezavantajı, bu kısmı flaş etmek zorunda olmanızdı. Bazen bu bir gösteri durdurucudur, ancak nadiren durum söz konusudur. Büyük avantaj, tahtada çok daha az alana ihtiyacınız olması, yönlendirme çok daha basittir ve gerekirse mantık işlevlerini kolayca değiştirebilirsiniz.

Ayrı mantık IC'leri için kalan kullanım durumu, işlerin 1µs'den daha hızlı çalışması gerektiğidir.

Son üründe - bir tüketici cihazından bahsediyorsak, muhtemelen ayrık mantığa pek fazla avantaj yoktur. İstisnalar, olumsuz koşullara karşı çok sağlam olması gereken veya tamamen karakterize edilmesi çok kolay olan (gizli hataların gerçek karmaşıklığı ve potansiyeli, bellenim tabanlı bir şeyle çok daha yüksektir) veya çoktan yeniden oluşturmak istediğiniz bir şey olacaktır. onlarca yıl boyunca benzer parçalar (teknoloji harfleri değişse bile 74xx ayak izi çok yavaş değişiyor :)).

Gerçekte takdir yetkileriyle daha iyi yapabileceğiniz bir şey, zamanlama, eşzamansız mantıktır (bir şeyin tamamlanması hemen başka bir şeyi tetikler). Bu tür tasarımların meşruiyeti kutsal bir savaş konusudur. Endişelenme, eşzamanlı insanlar seni dövmek isteyecekler, ama sadece saatlerini götürmelisin, saçma sapan sonsuza kadar bekleyecekler.

Tasarım metodolojisi söz konusu olduğunda, tasarımcının tercih edilen stiline bağlı olduğunu söyleyebilirim - kelimenin tam anlamıyla canlı olarak yeniden tutabileceğiniz bir CPLD cihazı ("bir şey tıklanıncaya kadar bu tellere iğneleyelim"), ve bir ana bilgisayardan güç altında (bir kabloya bir pime dokunduğunuzda simüle edilmiş kıvılcımlarla, tercihen ambiyans için) kesinlikle ayrık mantığı tercih eden insanlar tarafından sevilir :)