Thiết kế logic rời rạc

Tôi đã được giao nhiệm vụ xây dựng một thiết bị báo động đơn giản. Nó chỉ cần đo một vài đầu vào và đầu ra sẽ đáp ứng tương ứng (để đặt nó rất đơn giản!). Đối với tôi, dường như việc sử dụng một vài cổng logic rời rạc sẽ hoàn thành công việc, nhưng một đồng nghiệp (người đang làm việc với tôi) đã quyết định rằng chúng ta nên sử dụng logic lập trình thay thế. Trường hợp của anh ấy đã thắng, bởi vì thứ nhất, anh ấy cao cấp hơn tôi, và thứ hai, lập luận chính của anh ấy là các thiết bị lập trình là tương lai và chúng tôi muốn tạo ra các sản phẩm bằng chứng trong tương lai.

Câu hỏi của tôi là nếu bạn có một thiết kế có thể dễ dàng thực hiện bằng một vài cổng logic rời rạc, nó có đáng để thiết kế với logic rời rạc nữa không? Có bất kỳ lợi thế để sử dụng chúng trên lập trình? Hay là nó sẽ dần bị loại bỏ hoàn toàn bởi logic lập trình? Để rõ ràng, tôi không muốn câu trả lời của 'Tôi tin rằng đây là trường hợp' hoặc 'cá nhân tôi nghĩ vậy nhưng ...' Tôi muốn biết liệu có bất kỳ lợi thế thực tế nào khi thiết kế với rời rạc có thể lập trình được không nó có giá trị thiết kế với họ những ngày này trong các sản phẩm điện tử tiêu dùng?

Thiết kế logic rời rạc sẽ không được loại bỏ hoàn toàn. Sẽ luôn có những ứng dụng sử dụng IC logic rời rạc. Như đã được chỉ ra, tốc độ là một lợi thế lớn, mặc dù trong rất nhiều ứng dụng, sự khác biệt về tốc độ chỉ là không quan trọng.

Khi đến giai đoạn thiết kế, nếu bạn thiết kế một mạch chỉ cần thực hiện 2 hoặc 3 chức năng logic đơn giản tại các điểm khác nhau trong mạch, sẽ tốt hơn khi sử dụng các cổng rời rạc, chỉ để tiết kiệm thời gian thiết kế mà còn phải viết chương trình cũng vậy.

Đối với các hệ thống cần thực hiện các chức năng logic phức tạp hơn, sẽ thật ngớ ngẩn khi dành toàn bộ thời gian để tạo ra một bảng chân lý, sau đó tìm ra cổng logic nào sẽ đi đâu khi bạn có thể viết một chương trình nhỏ. Thông thường, càng nhiều đầu vào có nghĩa là càng cần nhiều cổng và thời gian thiết kế rời rạc càng lâu.

Nơi mà logic rời rạc thực sự có lợi thế mặc dù là trong học tập. Khi bạn lần đầu tiên tìm hiểu về thiết kế logic và cách các cổng hoạt động, v.v., đó là nơi bắt tay với các cổng logic thực tế và thiết kế các chức năng khác nhau với các phần rời rạc là tuyệt vời. Luôn luôn là một ý tưởng tốt để có được sự hiểu biết về các nguyên tắc cơ bản. Vì vậy, vì điều đó, logic rời rạc sẽ luôn có một vị trí trong thế giới này. Còn đối với hàng điện tử tiêu dùng? Tương lai chắc chắn là lập trình.

Tôi hoàn toàn không phải là kỹ sư điện tử chuyên nghiệp (thực ra chỉ là người mới bắt đầu), nhưng vài xu của tôi là các IC logic rời rạc chuyên dụng chỉ nên được sử dụng nếu thời gian là quan trọng hoặc nếu đó là yêu cầu không sử dụng logic lập trình.

Với một vi điều khiển, bạn có thể thực hiện logic phức tạp hơn nhiều và nó linh hoạt hơn. Ngoài ra nó có thể được lập trình lại mà không phải thay đổi phần cứng.

Ngoài ra khi cần thời gian rất nhanh mà phần mềm không thể theo kịp, có thể sử dụng IC logic chuyên dụng. Nhưng đối với một hệ thống báo động thì điều này có vẻ không cần thiết (nó không cần thời gian phản hồi là nano giây).

Dưới đây là giải thích của tôi về những lợi thế / bất lợi:

                          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

Nếu bạn định tạo một sản phẩm thương mại, bạn thực sự không nên chọn một thiết kế vì "nó có thể lập trình được" hoặc bởi vì một đồng nghiệp cao cấp hơn đã đề xuất nó. Thay vào đó, bạn nên ước tính rủi ro và chi phí liên quan đến từng thiết kế và chọn một thiết bị có chi phí thấp nhất và mức rủi ro chấp nhận được. Cho một sự khởi đầu:

• giá của các thành phần riêng lẻ làm tăng thêm chi phí
• yêu cầu kích thước và độ phức tạp PCB làm tăng thêm chi phí
• yêu cầu nỗ lực thiết kế và các công cụ làm tăng thêm chi phí
• yêu cầu kiểm tra và chứng nhận làm tăng thêm chi phí

• thiếu linh hoạt (ví dụ: thay đổi logic rời rạc cần có PCB mới) là một rủi ro
• thiếu kinh nghiệm với một công nghệ cụ thể trong nhóm của bạn là một rủi ro
• không có khả năng đáp ứng yêu cầu của dự án (ví dụ tiêu thụ điện năng mục tiêu) là một rủi ro

Nếu việc tìm nguồn cung cấp IC logic rời rạc cho dự án cụ thể của bạn rẻ hơn, nhóm của bạn có kinh nghiệm với thiết kế như vậy và bạn cho rằng việc thiếu linh hoạt là không quan trọng, không có lý do gì để không sử dụng logic rời rạc.

Một khía cạnh mà các câu trả lời khác đang quên là sự an toàn. Các mạch logic rời rạc là cách đáng tin cậy hơn nhiều so với các thiết kế vi điều khiển phức tạp hơn nhiều. Tôi đã giúp chế tạo một chiếc xe nguyên mẫu hydro, tất cả các mạch an toàn được thiết kế bằng logic rời rạc. An toàn và độ tin cậy là một khía cạnh bạn có thể muốn xem xét khi thiết kế một hệ thống báo động.

Tôi phải thừa nhận, bất cứ khi nào tôi phải thực hiện một số logic tổ hợp phức tạp cộng với một số bộ định thời, tôi không bận tâm đến logic rời rạc mà luôn mã hóa một chương trình biên dịch tối thiểu cho ATtiny (sử dụng PIC nếu bạn thích chúng hơn).

Logic tổ hợp có tối đa 20 dòng trình biên dịch (một số bảng tra cứu). Mỗi bộ đếm thời gian phần mềm thêm 10 dòng nữa. Đồng hồ bấm giờ phần cứng thậm chí còn ít hơn. Bạn thậm chí có được lợi thế khi có bộ chuyển đổi A / D, Bộ so sánh, tạo PWM trên tàu, nếu bạn cần những thứ đó.

Nhược điểm duy nhất là bạn phải flash phần này. Đôi khi, đó là một điểm dừng chương trình, nhưng nó hiếm khi xảy ra. Ưu điểm lớn là bạn cần ít không gian hơn trên bảng, việc định tuyến đơn giản hơn nhiều và bạn có thể dễ dàng thay đổi các chức năng logic nếu được yêu cầu.

Trường hợp sử dụng còn lại cho các IC logic riêng biệt là khi mọi thứ phải hoạt động nhanh hơn 1 Lời nói.

Trong sản phẩm cuối cùng - có lẽ không có nhiều lợi thế cho logic rời rạc nếu chúng ta đang nói về một thiết bị tiêu dùng. Các ngoại lệ sẽ là một thứ gì đó cần phải rất chắc chắn trước các điều kiện bất lợi hoặc rất dễ để mô tả hoàn toàn (độ phức tạp thực tế và tiềm năng của các lỗi ẩn cao hơn nhiều với phần mềm dựa trên phần mềm) hoặc bạn muốn có thể xây dựng lại từ rất các bộ phận tương tự trong nhiều thập kỷ tới (dấu chân 74xx thay đổi rất chậm ngay cả khi các chữ cái công nghệ thay đổi :)).

Một cái gì đó mà bạn thực sự có thể làm tốt hơn với sự rời rạc là tự thời gian, logic không đồng bộ (hoàn thành một điều ngay lập tức kích hoạt một điều khác). Tính hợp pháp của các thiết kế như vậy là một chủ đề chiến tranh thánh. Đừng lo lắng, những người đồng bộ sẽ muốn đánh bại bạn nhưng bạn chỉ cần lấy đồng hồ của họ đi, họ sẽ chờ đợi vô nghĩa cho nó.

Khi nói đến phương pháp thiết kế, tôi muốn nói rằng nó phụ thuộc vào phong cách ưa thích của nhà thiết kế - một thiết bị CPLD mà bạn có thể tua lại trực tiếp theo nghĩa đen ("hãy chạm vào dây đó cho đến khi có thứ gì đó nhấp vào"), trong chế độ xem nhanh nhất, và dưới sức mạnh từ một máy tính chủ (với tia lửa mô phỏng khi bạn chạm dây vào pin, tốt hơn là chỉ vì môi trường xung quanh) chắc chắn sẽ được mọi người thích logic rời rạc :)